VFSArchitektur

Die VFS-Architektur (Virtual File System) bezeichnet in Betriebssystemen eine abstrakte Schicht zwischen Anwendungen und den eigentlichen Dateisystemtreibern. Sie ermöglicht es, verschiedene Dateisysteme über eine einheitliche Schnittstelle zu verwenden, unterstützt das Mounten von Dateisystemen an unterschiedlichen Stellen des Namenraums und verbirgt Details wie Inodes, Block-Layouts und sonstige Dateisystem-spezifische Implementierungen vor der Anwender- und Anwendungslogik.

Kernkomponenten sind die VFS-Schicht selbst, Dentries und Inodes, Superblöcke und File-Objekte. Dentries (Verzeichnis-Einträge) unterstützen die Namensauflösung im Pfad, Inodes speichern Metadaten der Dateien, und Superblöcke beschreiben das jeweilige Dateisystem. Dateien, die über die VFS geöffnet werden, verwenden Dateioperationen (file_operations) und Inode-Operationen (inode_operations); das VFS ruft je nach Dateisystemtyp die entsprechenden Implementierungen auf. Zudem verwaltet der VFS den Namensraum, Mount-Punkte und Verbindungen zu Netzwerkdateisystemen wie NFS oder SMB.

Der Zugriff durch Anwendungen erfolgt über Systemaufrufe, die im VFS in abstrahierte Operationen überführt werden; die konkreten Dateisystemtreiber liefern die Implementierungen. Zur Optimierung nutzt der Kernel Caching-Strukturen wie Seiten-Cache, Dentry-Cache und Inode-Cache, um wiederholte Zugriffe zu beschleunigen. Das VFS kümmert sich außerdem um Synchronisation, Sperren und Konsistenz zwischen unterschiedlichen Dateisystemen.

Beispiele und Einsatz: Linux verwendet eine umfangreiche VFS, die ext4, XFS und Btrfs sowie Netzwerkdateisysteme wie NFS unterstützt. Über FUSE können Dateisysteme auch in User Space implementiert werden, wobei der VFS über FUSE-Clients kommuniziert. Vorteile der Architektur sind Modularität, Portabilität und Transparenz der Dateisystemwahl; Nachteile können Komplexität, Overhead und unterschiedliche Semantik einzelner Dateisysteme sein.